一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰電池電解液成膜添加劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰電池電解液成膜添加劑，用于解決梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池的不會形成SEI膜，而導致電解液與電極表面直接接觸，在高溫下產(chǎn)氣的問題。本發(fā)明的以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰電池電解液成膜添加劑，電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成。本發(fā)明成膜添加劑能夠使得梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰負極與電解液之間形成穩(wěn)定的SEI膜，從而防止電解液與電極表面直接接觸，解決了鋰電池產(chǎn)氣的問題。
【專利說明】一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰電池電解液成膜添加劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種以梯度摻鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液成膜添加劑。
【背景技術(shù)】
[0002]作為新一代的綠色高能電池，鋰離子電池具有重量小，能量密度高、循環(huán)壽命長、工作電壓高、無記憶效應、無環(huán)境污染等優(yōu)勢，已廣泛應用于手機、筆記本電腦、攝像機等便攜式電子設(shè)備中，也是未來電動汽車以及混合式電動汽車優(yōu)選的動力電源，具有廣闊的應用前景和巨大的經(jīng)濟效益。其中，鈦酸鋰(LTO)因為其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學性能成為廣泛使用的新型負極材料之一，人們期待用LTO代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨碳作為負極材料，然而LTO代替碳負極應用到電池中后，在循環(huán)使用中會發(fā)生持續(xù)的產(chǎn)氣，這是LTO電池在實用化方面遇到的關(guān)鍵技術(shù)障礙之一。
[0003]目前已有的研究結(jié)果表明，電解液中成膜添加劑的加入可以抑制LTO的產(chǎn)氣問題。相關(guān)文獻和專利中也有對LTO電解液成膜添加劑的研究。索鎏敏，胡勇勝，李泓，陳立泉等在專利中提出了以有機硼酸鋰鹽作為有機電解液的成膜添加劑對電池性能的影響，結(jié)果表明:有機硼酸鋰鹽的添加使得電池在循環(huán)過程中，由于電解液體系自身的還原反應而在活性物質(zhì)表面形成一層穩(wěn)定的SEI膜(固定電解質(zhì)界面膜Solid Electrolyte Interface),從而防止了由于電解液和活性材料的副反應產(chǎn)生的脹氣現(xiàn)象，提高了電池的循環(huán)壽命。王洪波，隨東等研究發(fā)現(xiàn)氟代碳酸乙烯酯、雙草酸硼酸鋰、1，3-丙磺酸內(nèi)酯或碳酸亞乙烯酯中一種或多種作為成膜添加劑有效地解決了采用水性粘結(jié)劑代替有機粘結(jié)劑的鈦酸鋰電池更容易脹氣的問題，保證了鈦酸鋰電池優(yōu)越的循環(huán)性能和良好的安全性。
[0004]文獻和專利中所用的LTO在電壓達到0.7V左右，表面會因為有機溶劑的氧化分解而形成一層鈍化膜，該鈍化膜會隨著反應的進行而發(fā)生變化，加入成膜添加劑有利于形成穩(wěn)定的SEI膜。
[0005]然而對于梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰，雖然電池的循環(huán)性能和倍率性能有所提高，但是電壓在0.7V左右表面不會形成SEI膜，使得電解液與電極表面直接接觸，鋯元素的加入使得常溫下基本不會產(chǎn)氣，但高溫下的產(chǎn)氣仍然沒有得到解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池的不會形成SEI膜，而導致電解液與電極表面直接接觸，在高溫下產(chǎn)氣的問題，而提供一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液成膜添加劑，該成膜添加劑能夠使得梯度參雜鋯元素的鈦酸鋰負極與電解液之間形成穩(wěn)定的SEI膜，從而防止電解液與電極表面直接接觸，解決了鋰電池產(chǎn)氣的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液成膜添加劑，其特征在于，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰(LiBOB)與二氟草酸硼酸鋰(LiODFB)的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0009]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液，電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)為混合溶劑的電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0010]進一步地，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1% ?5%。
[0011]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池，電池內(nèi)封裝有電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0012]進一步地，所述電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液。
[0013]進一步地，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1% ?5%。
[0014]以現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電解液成膜添加劑，能夠使得梯度參雜鋯元素的鈦酸鋰負極與電解液之間形成穩(wěn)定的SEI膜，從而防止電解液與電極表面直接接觸，解決了鋰電池產(chǎn)氣的問題。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，并不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的其他所用實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0016]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液成膜添加劑，其特征在于，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰(LiBOB)與二氟草酸硼酸鋰(LiODFB)的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0017]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液，電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)為混合溶劑的電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0018]進一步地，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1% ?5%。
[0019]一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池，電池內(nèi)封裝有電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1?1:3。
[0020]進一步地，所述電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液。
[0021]進一步地，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1% ?5%。
[0022]實施例一:
[0023]本發(fā)明所述鋰離子電池包括正極材料、負極材料以及電解液，所述負極材料為梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰，正極材料可以是鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰或鎳錳酸鋰中的任何一種，所述電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液，所述電解液成膜添加劑由0.5重量份的二草酸硼酸鋰和0.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0024]實施例二:
[0025]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由0.5重量份的二草酸硼酸鋰和I重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0026]實施例三:[0027]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由0.5重量份的二草酸硼酸鋰和1.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0028]實施例四:
[0029]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由I重量份的二草酸硼酸鋰和I重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0030]實施例五:
[0031]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由I重量份的二草酸硼酸鋰和1.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0032]實施例六:
[0033]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由I重量份的二草酸硼酸鋰和2重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0034]實施例七:
[0035]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由I重量份的二草酸硼酸鋰和2.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0036]實施例八:
[0037]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由I重量份的二草酸硼酸鋰和3重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0038]實施例九:
[0039]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由1.5重量份的二草酸硼酸鋰和
1.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0040]實施例十:
[0041]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由1.5重量份的二草酸硼酸鋰和2重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0042]實施例^^一:
[0043]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由1.5重量份的二草酸硼酸鋰和
2.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0044]實施例十二:
[0045]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由1.5重量份的二草酸硼酸鋰和3重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0046]實施例十三:
[0047]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由1.5重量份的二草酸硼酸鋰和
3.5重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。[0048]實施例十四:
[0049]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由2重量份的二草酸硼酸鋰和2重
量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0050]實施例十五:
[0051]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由2重量份的二草酸硼酸鋰和2.5
重量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0052]實施例十六:
[0053]其它與實施例一相同，所述電解液成膜添加劑由2重量份的二草酸硼酸鋰和3重
量份的二氟草酸硼酸鋰組成。
[0054]作為對比例:
[0055]電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液，電解液中無該種成膜添加劑。
[0056]上述實施例和對比例的電解液注入電芯中后，測試電池在高溫45°C下循環(huán)
[0057]500次后的容量保持率和電池厚度變化。
【權(quán)利要求】
1.一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液成膜添加劑，其特征在于，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1-1:3。
2.一種以梯度摻雜錯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液，電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1-1:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1%~5%。
4.一種以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池，電池內(nèi)封裝有電解液，其特征在于，所述電解液中加入有電解液成膜添加劑，所述電解液成膜添加劑由二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰組成，所述二草酸硼酸鋰與二氟草酸硼酸鋰的質(zhì)量比為1:1-1: 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液是以LiPF6為電解質(zhì)，EC/DMC為溶劑的電解液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以梯度摻雜鋯元素的鈦酸鋰為負極的鋰離子電池，其特征在于，所述電解液成膜添加劑的質(zhì)量為電解液中電解質(zhì)和溶劑總質(zhì)量的1%~5%。
【文檔編號】H01M10/0563GK103840191SQ201410115160
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】范未峰, 高靜靜, 王國冬, 代洋杰, 龔本利 申請人:四川興能新材料有限公司